Dầu thực vật đã qua sử dụng trước khi sử dụng làm nguyên liệu điều chế biodiesel cần phải xử lý và tinh chế nó. Quá trình này gồm các bước:
- Lắng: Dựa trên cơ sở sự rơi tự do của các hạt phân tán có trong dầu dưới ảnh hưởng của trọng lực. Do chỉ dựa vào quá trình rơi trọng lực nên quá trình lắng kéo dài. Để tạo điều kiện cho quá trình lắng được nhanh thì người ta nâng nhiệt độ để độ nhớt của dầu giảm và ở nhiệt độ này các hạt có kích thước nhỏ sẽ kết tụ tạo ra các hạt có kích thước lớn hơn nên dễ lắng hơn. Nhiệt độ lắng cặn tốt nhất là 300C đến 500C và thời gian lắng khoảng 1 đến 1.5 giờ.
- Lọc: Quá trình lọc dựa trên khả năng của các vật liệu xốp chỉ cho đi qua những phần tử có kích thước nhất định. Trong phòng thí nghiệm dùng bông để lọc vì dầu thải có độ nhớt lớn nếu lọc bằng giấy lọc sẽ rất lâu.
- Tách acid béo tự do: Acid béo tự do có trong dầu là một trong những nguyên nhân
các phản ứng oxy hóa và phân ly dầu. Mặt khác trong quá trình tổng hợp biodiesel thì yêu cầu của dầu nguyên liệu là phải có chỉ số acid nhỏ hơn 2. Nếu chỉ số acid lớn hơn 2 trong quá trình sử dụng xúc tác kiềm cho phản ứng tổng hợp biodiesel sẽ tạo ra xà phòng, xà phòng nhiều làm đông đặc khối phản ứng dẫn đến hiệu suất chuyển hóa thấp. Việc tách acid béo tự do trong dầu cần đảm bảo các điều kiện:
+ Tác nhân trung hòa phải nhanh chóng phản ứng với acid béo tự do, không tác dụng với dầu trung tính.
+ Hỗn hợp phân lớp nhanh và triệt để, dầu trung tính nhanh chóng tách ra khỏi tạp chất.
+ Không tạo thành hệ nhũ tương bền.
Tác nhân trung hòa thường dùng các loại kiềm như NaOH, KOH,…hoặc các loại muối kiềm nhƣ Na2CO3… Mỗi tác nhân đều có ƣu, nhƣợc điểm riêng, nên cần phải khảo sát và lựa chọn tác nhân phù hợp. Hiệu quả của quá trình trung hòa đƣợc đánh giá bằng chỉ số acid của dầu, mỡ sau khi trung hòa.
Trung hòa bằng NaOH
Khi trung hòa bằng NaOH ta có phản ứng:
RCOOH + NaOH → R-COONa + H2O Mặt khác NaOH còn tác dụng với triglyxerit :
+
Phản ứng này làm tổn hao dầu, nên trong quá trình trung hòa dầu bằng kiềm thì nhiệt độ, nồng độ của dung dịch kiềm phải thích hợp để hạn chế phản ứng này xảy ra.
Để tiến hành trung hòa trước hết phải xác định chỉ số acid của dầu thô, từ đó chọn nồng độ dung dịch kiềm thích hợp và tính đƣợc lƣợng kiềm vừa đủ để tác dụng với lƣợng acid béo tự do có trong dầu thải.
Nồng độ các tác nhân trung hòa tùy thuộc vào chỉ số acid của dầu.
R1COOCH2
R2COOCH R3COOCH2
+ 3NaOH
R1COONa R2COONa R3COONa CH2- OH
CH- OH CH2- OH
Với tác nhân NaOH người ta thường dùng ba loại nồng độ sau:
- Kiềm loãng: 35 - 45 g NaOH/lit dùng cho dầu có chỉ số acid < 5mg KOH.
- Kiềm vừa: 85 - 105 g NaOH/lit dùng cho dầu có chỉ số acid trong khoảng 5 - 7 mg KOH.
- Kiềm đặc: > 125g NaOH/lit dùng cho dầu có chỉ số acid > 7 mg KOH.
* Cách tiến hành:
- Xác định chỉ số acid của dầu thải.
- Trung hòa bằng NaOH : pha dung dịch NaOH 40g/lit. Cho 250ml dầu thải vào phễu chiết. sau đó cho 100 ml dung dịch NaOH trên vào khuấy đều. Tốc độ khuấy rất quan trọng, nó làm cho kiềm phân tán tốt trong dầu, tạo điều kiện cho kiềm tiếp xúc với acid béo tự do để tạo cặn xà phòng. Nếu khuấy chậm phản ứng sẽ không hoàn toàn, tuy nhiên nếu khuấy quá nhanh thì cặn xà phòng bị vỡ thành những hạt nhỏ lơ lửng gây khó khăn cho việc lắng cặn.
- Sau đó cho dung dịch muối ăn 3 - 4% vào để tạo điều kiện cho cặn xà phòng lắng nhanh. Để lắng trong vài giờ, cặn xà phòng lắng xuống, dầu sẽ nổi lên trên.
Hình 3.6. Tách acid béo tự do có trong dầu thải
Hình 3.7. Dầu thải sau khi tách bỏ phần cặn và xà phòng
- Rửa và sấy dầu
Sau khi trung hòa, ta tiến hành rửa lại bằng nước nóng nhằm loại bỏ hoàn toàn xà phòng và kiềm dư còn lại. Thử nước rửa bằng giấy quỳ, rửa cho đến khi nước rửa trong và trung tính.
Sau khi rửa, lắng và tách nước xong, trong dầu vẫn còn một ít nước dưới dạng hạt phân tán nhỏ, do đó cần phải sấy để tách nước. Có thể sấy ở chân không hoặc áp suất thường. Sấy dầu trong chân không sẽ cho chất lượng dầu cao hơn vì tránh dầu bị phân hủy và oxy hóa.
Sau đó xác định lại chỉ số acid, chỉ số này nhỏ hơn hai là đạt yêu cầu.
- Chiết lấy phần dầu, rửa lại bằng nước vài lần.
- Sau đó đem dầu đi sấy ở 120oC trong 1h để đuổi hết nước và các chất bay hơi trong dầu.
Hình 3.8. Dầu thải được rửa bằng nước nóng ở 700C sau khi tách acid béo tự do
Hình 3.9. Chiết lấy phần dầu thải sau khi rửa với nước
Hình 3.10. Sản phẩm dầu thải được đun sôi ở 1200C để loại bỏ nước - Xác định lại các tính chất kỹ thuật của dầu thải đã xử lý.